ГЛАВНАЯ   НОВОСТИ   СМАРТФОНЫ И ПЛАНШЕТЫ   НОУТБУКИ И ПК   ФОТОТЕХНИКА   ГАДЖЕТЫ   ИГРЫ И ПРИЛОЖЕНИЯ   ИНТЕРНЕТ
© d-devices.ru
Цифровые устройства и популярные гаджеты
Powered by
Aleks WebStudio
13.02.2017   Как работает спутниковая навигация
   Спутниковая навигация  в современных гаджетах давно стала незаменимым помощником для многих людей. Проложить маршрут с помощью навигатора, сделать геометку на фотографии и даже укладывать ровно асфальт с помощью спутников - стало привычными вещами. Если о том, для чего нужна система GPS/ГЛОНАСС сегодня знают многие, то, как она работает, совсем наоборот - единицы. В этом материале мы расскажем вам о том, как все это работает.
   Началом эпохи спутниковой навигации можно считать 1964 год, когда была введена в эксплуатацию американская навигационная система Transit (NAVSAT). Эта система использовалась для военных целей. В ее состав входили шесть низкоорбитальных спутников, а для определения координат использовался эффект Допплера - спутники вращались по известной траектории с известной частотой. При этом до приемника сигнал доходил со смещением частоты, высчитывая которое, определялось расстояние до спутников. Зная положение спутников на небе в конкретный момент времени, определяли собственные координаты. Точность позиционирования в этой системе была по современным меркам крайне мала - около 200 м. Еще одним недостатком было то, что NAVSAT покрывала не всю поверхность Земли и была доступна ограниченное время на протяжении суток. В 1967 году данная система спутниковой навигации стала использоваться в коммерческих целях.

   В 1976 году СССР запустил аналогичную систему под названием  "Циклон". Советская система спутниковой навигации  обладала примерно такими же преимуществами и недостатками, как и американская. Для гражданского использования в 1979 году в СССР заработала система "Цикада", которая использовалась в основном в мореходстве.

   Прогресс не стоит на месте, и сегодня воспользоваться спутниковой навигацией может запросто любой человек.

   В наше время, чтобы узнать свои точные координаты, вам нужно либо специальное устройство - навигатор, либо смартфон с соответствующей функцией.  Для определения координат используется сигнал со спутников, находящихся на орбите. Каждый из таких спутников передает определенный набор данных:

  Альманах - содержит информацию о местоположении на орбите всех рабочих спутников. Получив сигнал всего от одного спутника, навигатор узнает о расположении всех других спутников системы. Обновляется раз в несколько дней.

   Эфемериды - оперативные данные о текущих координатах спутника - источника сигнала. Такие данные несут более точные данные о местоположении спутника, чем альманах, но и устаревают гораздо быстрее - в течение получаса.

   Псевдослучайный код - используется для идентификации спутника.

   Сигналы точного времени, для определения которого используются сверхточные атомные часы, синхронизированные с системным временем.

   Точные координаты навигатора определяются путем измерения задержки радиосигнала от нескольких спутников. Приемник вычисляет промежуток между отправкой сигнала со спутника и его получением, сравнивая системное время со временем отправки сигнала. Таким образом, зная скорость распространения радиоволн, высчитывается расстояние до спутника.

   Сопоставляя данные с разных спутников, навигатор определяет свои точные координаты. Чем больше спутников видит устройство - тем точнее измерения. В случае, если доступен сигнал только с одного спутника, навигатор определит окружность с известным радиусом, внутри которого он находится. Но радиус этот может быть и несколько километров. Если доступны два спутника - одно из возможных мест будет находиться на пересечении окружностей. Уже при трех видимых спутниках можно определить местоположение с точностью до нескольких десятков метров. А для самого точного позиционирования (менее 5 м) нужен сигнал четырех и более спутников.

   Другие параметры, например пройденное расстояние, скорость, направление движения, определяются путем измерения времени, затраченного на перемещение между двумя или более точками с известными координатами.

   Следует отметить, что сигнал со спутника значительно ухудшается в помещениях, а внутри железобетонных конструкций, в подвалах и тоннелях его вообще нельзя поймать. Причем касается это не только широко распространенных потребительских устройств, но и профессиональных геодезических приемников. Также сигнал со спутника может ухудшаться под плотной листвой деревьев или из-за большой облачности. В приполярных областях точность позиционирования ухудшается из-за того, что спутники находятся низко над горизонтом.

   Для работы навигационной системы необходимы не только спутники на орбите, но и наземный сегмент управления и контроля. Среди них - блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки орбит и система радиомаяков для повышения точности получения координат.

   У навигационных приемников также есть важные параметры, непосредственно влияющие на их работу. Один из них - скорость получения и обработки данных от спутников. Если приемник долго был в выключенном состоянии, то включаться он будет по методу "холодного старта", т.е. когда все необходимые для работы данные (альманах, эфемериды и т. д.) получаются непосредственно со спутника. Это может занимать до 5-10 минут. Навигаторы с функцией Assisted GPS (A-GPS) даже в режиме холодного старта начинают работать быстрее, так как получают значительную часть данных из сетей сотовой связи. В режиме же "теплого старта" (когда нужные данные уже есть в памяти устройства) для определения точных координат приемнику, как правило, нужно менее минуты.

   Основные системы спутниковой навигации

   Сегодня в мире существую три основных системы спутниковой навигации, две из них - глобальные, третья же серьезно претендует на это звание.

   GPS (Global Positioning System)
   Американское изобретение. Изначально эта навигационная система создавалась как военная. Она называлась DNSS, позже - Navstar-GPS, а сейчас, просто GPS. Первый спутник был выведен на орбиту в 1978 году, но полноценно система заработала лишь в начале 80-х. Для гражданских целей система начала использоваться в середине 80-х годов. Поначалу, гражданская версия системы GPS имела ограничения, до 2000 года ее точность для гражданских приемников составляла около 100 м. В случае,  если скорость передвижения приемника превышает 1900 км/ч на высоте более 18 км, он перестанет работать. Такое ограничение разработчики GPS ввели для того, чтобы эту систему невозможно было использовать в межконтинентальных баллистических ракетах.

   Сейчас в составе системы GPS работает 31 спутник. Они находятся на высоте 20 180 км и с периодичностью два раза в сутки облетают Землю. Для покрытия всей поверхности планеты постоянно используются 24 спутника. Еще семь спутников находятся в резерве - на случай нештатной ситуации или сбоя в системе.
Сейчас GPS - самая популярная навигационная система в мире. Благодаря широкому охвату спутников  и наличию GPS-приемников во многих современных гаджетах, эта системой пользуются миллионы людей по всему земному шару.

   ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система)
   Российская навигационная система ГЛОНАСС была запущена еще при СССР в 1982 году. Система одновременно работала в военном, и в гражданском вариантах. На гражданскую версию распространялись определенные ограничения.

   24-й спутник, обеспечивший полное покрытие всей поверхности Земли, вышел на орбиту в 1995 году. Из-за экономических проблем в стране и недостатка финансирования ГЛОНАСС к 2001 году пришла в упадок. На орбите в то время остались всего шесть работающих спутников. Восстановить работоспособность системы удалось только к 2010 году. В настоящее время на орбите находятся 27 спутников (24 - рабочих, 3- резервные).

   Спутники ГЛОНАСС находятся на высоте 19 140 км с наклонением 64,8° и облетают Землю один раз в 11 ч 15 мин. Такая орбита лучше всего подходит для высоких широт, где ГЛОНАСС выдает более точные координаты чем GPS. Многие пользователи северных стран используют систему в паре с GPS, это еще более повышает точность позиционирования.

   Beidou (Бэйдоу или BDS)
   Китайская навигационная система. На сегодняшний день работает как региональная и ориентирована на Азию. Beidou запустили в декабре 2012 года, тогда в ее составе работали 16 спутников. К 2020 году китайцы планируют довести общее количество навигационных спутников на орбите до 35, что позволит сделать систему глобальной. Сейчас в составе группировки Beidou находится 21 спутник, которые работают на высоте 21 500 км.

   Большинство современных пользовательских устройств имеют доступ сразу к трем спутниковым навигационным системам: GPS, ГЛОНАСС и Beidou.